,第9章DSP芯片集成外設的開發,引言中斷DMA時序模塊接口模塊基于CSL的外設開發小結習題與思考題,一、引言,開發者可以利用這些片內外設接口方便與各種芯片相連，共同實現特定功能的電路系統。片內CPU的運行結果只有通過接口和其他器件完成輸入輸出才有實際意義。一個完善的系統必須要能夠對DSP的集成外設進行正確合理的使用。,DSP芯片和外設以及不同的存儲空間進行信息傳送時，有幾種不同的傳送方式（1）查詢（polling）傳送方式（2）中斷（interrupt）傳送方式（3）DMA傳送方式,一、引言,二、中斷,利用中斷可以實現CPU和外設的同步操作、信號的實時響應和運行故障的快速處理等功能。中斷源：引起中斷的原因，以及發出中斷申請的來源.根據中斷源的性質不同，DSP芯片的中斷可以分為硬中斷和軟中斷兩類.,中斷分為三種類型復位（RESET）中斷不可屏蔽中斷可屏蔽中斷C54x根據芯片型號不同，有2427個軟件和硬件中斷，共分為14個中斷優先級，可以實現多任務嵌套。,二、中斷,檢測到有效的中斷源信號后，CPU會自動停止當前指令的執行，轉而去處理中斷服務程序(ISR)，這個過程稱為中斷響應。CPU根據控制寄存器判斷是否執行中斷服務程序,二、中斷,中斷控制寄存器：中斷標志寄存器（IFR，InterruptFlagRegister）中斷屏蔽寄存器（IMR，InterruptMaskRegister）,二、中斷,中斷矢量：采用中斷矢量來確定CPU響應每個中斷時程序指針（PC）的跳轉地址。C5000，C6000等系列DSPs芯片都采用了軟件可重定位中斷矢量形式。C54x系列的DSP為每個中斷提供了一個中斷矢量號，并在中斷矢量表中提供了4個字的空間用于服務程序的存放。,二、中斷,二、中斷,編寫中斷服務程序時應該注意如下幾點：1）必須把在中斷服務程序中使用到的寄存器值保存到堆棧中（保護現場），返回時以相反的次序恢復這些值（恢復現場）。2）先保護BRC寄存器，后保護ST1；恢復時相反。3）與C語言混合編程，保存AR1、AR6和AR7。4）利用C語言實現中斷服務程序，在函數名前使用關鍵字interrupt。此時中斷服務程序將自動保護狀態寄存器和輔助寄存器。,二、中斷,三、,為降低CPU的負荷，通常都在DSP片內設計多通道的直接存儲器訪問（DMA）控制器。DMA控制器是獨立于CPU的設備，一旦正確初始化后，就能獨立于CPU工作，在CPU操作的同時實現片內存儲器、片內外設以及外圍器件間的數據傳輸。,DMA控制器提供了三種傳輸方式：1）元素傳輸只對一個數據進行讀/寫操作；2）幀傳輸將搬移一幀內的所有數據；3）塊傳輸搬移塊內所有幀的數據。,三、,控制寄存器：DMSA：DMA子地址尋址寄存器（SubbankAddressRegister）DMSDI：子地址自增1的DMA子地址數據訪問寄存器（SubbankAccessRegisterwithAutoincrement）DMSDN：不自增1的DMA子地址數據訪問寄存器（SubbankAccessRegisterwithoutAutoincrement）,三、,三、,為了訪問一個特定的子地址寄存器，首先要向DMSA寫入子地址，然后，才可以在物理空間中真正選定所要訪問的寄存器DMSDI和DMSDN。此時，對子地址數據寄存器的操作就是對選定的寄存器內容的操作。由于DMA傳輸不需要CPU處理，因此在傳輸前需要提前確定好源地址、目的地址以及各自的修改方式、數據傳輸的寬度、數量以及傳輸時機等很多因素，這些因素都有對應的寄存器和控制比特。,三、,DMA需占用數據總線。DSP提供了兩個引腳HOLD和HOLDA實現對DMA控制器、CPU的總線仲裁：外界將DSP芯片的HOLD引腳置為低，DSP芯片響應外部DMA請求，當HOLDA變低時，DSP芯片將外部總線置為高阻狀態，將總線控制權交出。外界將HOLD線變高，總線控制權重新交給DSP芯片。,三、,四、時序模塊,、PLL模塊C5000系列的DSP芯片還采用了更加靈活的可編程PLL方式。時鐘輸入：,PLL配置：,四、時序模塊,2、定時模塊定時寄存器（TIM）：位于數據空間的0024h單元。其中數據進行自減操作。定時周期寄存器（PRD）：位于數據空間的0025h單元。每次復位或TINT中斷時將內容裝入TIM寄存器。定時控制寄存器（TCR）：位于數據空間的0026h單元，包含了定時器的控制位和狀態位。,四、時序模塊,四、時序模塊,四、時序模塊,TIMER_ini:STM#10h,TCR;停止定時器NOPSTM#2499,PRD;對PRD賦值ORM#23h,TCR;對TDDR賦值，重置定時器NOPNOPANDM#0ffefh,TCR;啟動定時器,3、等待狀態發生器DSP的指令周期較快，在訪問慢速存儲器或外設時，為了保證芯片之間時序配合，通常需要插入等待狀態。等待分硬件等待和軟件等待兩種方式硬件等待方式較麻煩。現在的DSP芯片一般在內部設有軟件設置等待機制。,四、時序模塊,四、時序模塊,軟件等待狀態控制寄存器（SWCR）軟件等待狀態寄存器（SWWSR）,外設接口主要實現如下功能：數據緩沖接收和執行CPU命令中斷管理接口的設計是硬件和軟件相結合的實現過程。,五、接口模塊,1、多通道緩沖串行口可以完成標準串口的全雙工串行通信，同時還能夠支持多種協議下的直接接口。具有雙緩沖數據寄存器，允許連續的數據流，可以實現全雙工通信；支持多種方式的傳輸接口（包括T1/E1幀協議、AC97兼容設備、SPI設備等），可與工業標準的編/解碼器、AICs（模擬接口芯片）以及其他串行A/D、D/A接口；,五、接口模塊,數據傳輸時鐘可是外部時鐘或片內可編程時鐘；幀同步信號和時鐘信號收發獨立、極性可設，可編程程度高；幀長度可以在1128個字間選擇，支持傳輸的數據字長可以是8bit、12bit、16bit、20bit、24bit或32bit；支持多通道傳輸，可與多達128個通道進行收發；內置律和A律硬件壓擴；當利用DMA為McBSP服務時，串行口數據讀寫具有自動緩沖能力。,五、接口模塊,五、接口模塊,五、接口模塊,為訪問某個指定的子地址寄存器，要將相應的子地址寫入SPSAx。,五、接口模塊,McBSP時鐘產生器示意圖,a、簡單串行接口（SPI）：是一種主從配置的、支持一個主方、一個或多個從方的串行通信協議一般使用4條信號線：串行移位時鐘線（SCK）、主機輸入/從機輸出線（MISO）、主機輸出/從機輸入線（MOSI）、低電平有效的使能信號線（SS）。由主設備時鐘信號的出現與否來確定主/從設備間的通信。McBSP具有時鐘停止工作模式（由CLKSTP比特域控制），可以與SPI協議兼容。,五、接口模塊,b、通用口在兩種情況下，串口的引腳（CLKX、FSX、DX、CLKR、FSR、DR以及CLKS）可以作為通用I/O口使用：McBSP的某部分處于復位狀態：此時SPCR寄存器中的（R/X）RST=0；串口設置為通用I/O口：此時PCR中的（R/X）IOEN=1。,五、接口模塊,2、主機接口（HPI）主機（也稱為上位機）控制著該接口的主控權，通過它直接訪問DSP的存儲空間和外圍設備。DSP作為從機（也稱為下位機），向主機開放總線的控制權。,五、接口模塊,（1）HPI存儲器(DARAM)：用于TMS320C54x與主機間傳送數據；（2）HPI地址寄存器(HPIA)：由主機對其直接訪問，存放當前尋址HPI存儲單元的地址；（3）HPI數據鎖存器(HPID)：由主機對其直接訪問，存放當前進行讀/寫的數據；（4）HPI控制寄存器(HPIC)：TMS320C54x和主機都能對其直接訪問，用于主處理器與DSP相互握手，實現相互中斷請求；（5）HPI控制邏輯：用于處理HPI與主機之間的接口信號。,五、接口模塊,五、接口模塊,HPI-8方框圖,五、接口模塊,HPI-8連線關系示意圖,復用模式下HPI-16的接口示意圖,五、接口模塊,非復用模式下HPI-16的接口示意圖,五、接口模塊,3、外部存儲器接口（EMIF）是外部存儲器和DSP芯片內部其他單元間的接口。,五、接口模塊,4、通用I/O口除了XF和BIO兩個通用I/O引腳外，一些C54xDSP芯片的多通道緩沖串口（McBSP）和主機接口（HPI）的一些引腳也可以作為通用I/O引腳。,五、接口模塊,為免除用戶編寫配置和控制片上外設所必需的定義和代碼，DSP芯片開發商通常會為用戶提供一組標準的方法用于訪問和控制片上外設。TI公司在CCS中嵌入了芯片支持庫（ChipSupportLibrary，CSL）。主要用于配置、控制和管理DSP片上外設。分別為C6000和C5000系列DSP設計。,六、基于CSL的外設開發,已實現的模塊：CSL：頂層模塊；DAT：和器件無關的數據拷貝/填充模塊；CHIP：和器件相關的定義模塊；DMA：直接存儲器訪問模塊；EBUS：外部存儲器總線接口模塊；GPIO：通用I/O模塊；HPI：主機接口模塊；IRQ：中斷控制模塊；MCBSP：多通道緩沖串口模塊；PWR：功耗控制模塊；STDINC：標準包含模塊；TIMER：定時器模塊。,六、基于CSL的外設開發,（1）CSL庫是可裁剪的：即只有被使用的CSL模塊才會包含進應用程序中；（2）CSL庫是可擴展的：每個片上外設的API相互獨立，增加新的API，對其他片上外設沒有影響；（3）CSL庫對硬件進行抽象，提取符號化的片上外設描述：大多數常用的寄存器及其域值都已經通過宏進行了定義，因此可以直接利用宏進行訪問和建立。,六、基于CSL的外設